数控机床滚珠丝杠的安装与调整研究

肖兴隆

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件，它是一种精密、高效率、高刚度、高寿命、节能省电的先进传动元件，将电动机的旋转运动转化为工作台的直线运动。因此广泛应用在机械制造，特别是数控机床及加工中心上，为主机的高效高速化提供了良好的条件。随着数控机床、加工中心工作精度要求的日益提高，滚珠丝杠副的高精度化成为发展的必然趋势，在主机上的安装精度也逐渐成为装配中的突出问题，为了达到机床坐标位置精度的要求，减少丝杠绕度，防止径向和偏置载荷，减少丝杠轴系各环节的升温与热变形，最大限度地减轻伺服电机的传动扭矩，提高机床连续工作的可靠性，我们必须充分注意提高滚珠丝杠副在机床上的安装精度。

1 滚珠丝杠的安装

常见的数控机床滚珠丝杠有如下的特点:

（1）与滑动杆副相比，驱动力矩为1/3滚珠丝杠的丝杠轴于丝母之间有很多滚丝在做运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力达到1/3一下，即可达到同样的运动效果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3.在省电方面也很有帮助。

（2）高精度轴承的保证，滚珠丝杠使用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度湿度进行了严格的控制，由于完善的精致管理体质使精度得以保证。

（3）微进给可能，滚珠丝杠由于是利用滚珠运功，所以启动力极小，不会出现华东运动那样的爬行现象，能保证实现精度的微进给。

（4）无侧隙、刚性好滚珠丝杠可以加予压力可使用轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性（滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的坼力可使用丝母的刚性增强）。

（5）高速进给轴承可能滚珠丝杠是由于运动效率高、发热小、所以实现高速进给（运动）。精度公差:C10，C7，C5，C3，C2，C1——数字越小，精度越高。

按照传统的工艺方法，安装滚珠丝杠副一直沿用芯棒和定位套将两端支承轴承座及中间丝母座连接在一起校正、用百分表将芯棒轴线与机床导轨找正平行并令芯棒传动自如轻快的方法。这种安装方法在三个坐标方向行程较小的小型数控机床和加工中心上应用较方便。由于芯棒与定位套、定位套与两端支承的轴承孔以及中间的丝母座孔存在着配合间隙，往往使安装后的支承轴承孔和丝母座孔的同轴度误差较大，造成丝杠绕度增大、径向偏置载荷增加、引起丝杠轴系各环节的温度升高、热变形变大和传动扭矩增大等一系列严重后果，导致伺服电机超载、过热，伺服系统报警，影响机床的正常运行。另外，两端轴承孔与中间丝母座孔的实际差值无法准确测量，从而影响进一步的精确调整。对于三个坐标方向行程较大的数控机床和加工中心，由于所需芯棒多在1500mm以上，加工困难，不易保证精度，因此无法采用芯棒与定位套配合的找正方法进行滚珠丝杠副的安装。在生产某型卧式加工中心时，由于机床的三个坐标行程较大，采用传统工艺方法安装的过程中，由于两端轴承孔与中间丝母座孔同轴度超差，造成滚珠丝杠径向和偏置载荷增加，经常出现伺服电机超载、过热，伺服系统报警等现象，使机床无法连续运行，同时严重影响滚珠丝杠副的使用寿命和传动精度，缩短了主机的维修周期。利用其他装配方法，如采用移动滑鞍，缩短丝母座与轴承座的距离，将丝母座与两端轴承座分别找正的方法，由于需要两段分别找正，加上检棒和检套的配合间隙，实际应用效果也不理想，同样存在上述问题。

2 滚珠丝杠的调整

在安装滚珠丝杠的过程中，必须严格控制滚珠丝杠的轴向窜动量，此项技术指标将直接影响滚珠丝杠进给系统的传动位置精度。根据现场实际验证:首先，要将安装伺服电机端的轴承座内的轴承装配好，它是在滚动丝杠传动过程中起主要作用的，控制滚珠丝杠的轴向窜动量在0.015～0.02之间；然后，再将另一端轴承座内的轴承装配好，使轴向窜动量控制在0.01以内。这样，就能有效保证滚珠丝杠进给系统的刚度和精度。滚珠丝杠轴的预拉伸也是非常必要的。为了提高滚珠丝杠进给系统的刚度和精度，给丝杠轴实施了预拉伸是有效地的，但由于丝杠轴的各断面不同，而温升值又不易精确设定，所以按有关文献计算出的预拉力只能作为一个参考量。在生产实践中常常是把具有负值方向的目标值的丝杠轴进行预拉伸，使机床工作台的定位精度曲线的走向接近水平即可。

在生产实践中，通过采用上述新工艺方法装配的某大型加工中心三个坐标方向的滚珠丝杠的空载扭矩明显降低，伺服电机及伺服系统工作正常，未出现过三个坐标方向的伺服报警，机床可连续运行72h以上。充分说明了采用这种新工艺方法，能有效地保证滚珠丝杆副的安装精度，并且这种方法不受机床行程大小的限制，在行程大小任意机床能有效地使用。机床行程越大，越能发挥出无可比拟的优越性，效果也越好，为大型数控机床、加工中心滚珠丝杠副的安装，提供了一种有效、可靠的方法。

3 结语

随着数控机床、加工中心工作精度要求的日益提高,滚珠丝杠副的高精度化成为发展的必然趋势,在主机上的安装精度也逐渐成为装配中的突出问题。为了达到机床坐标位置精度的要求,减少丝杠挠度,防止径向和偏置载荷,减少丝杠轴系各环节的升温与热变形,最大限度地减轻伺服电动机的传动扭矩,提高机床连续工作的可靠性,我们必须充分注意提高滚珠丝杠副在机床上的安装精度。